香港理工大學應用生物及化學科技學系科學團隊研發1種具多模態成像功能的新型仿生納米片,它可實時追蹤腫瘤發展和治療過程,透過免疫療法及光熱治療對腫瘤實施有效治療,顯著改善腫瘤治療效果,降低副作用及提高病人存活率;有關研究成果已刊於國際期刊《Advanced Science》。
理大常務及學務副校長黃永德由2018年起領導團隊開始進行有關研究,他指理大研發之仿生納米材料是針對癌症治療;團隊採用這新物料,並首次結合免疫療法及光熱治療、兼具3種成像模式,為研發具靶向性、高療效及安全新一代診療一體化納米材料提供實用設計藍本。
理大應用生物及化學科技學系盧煒森表示免疫療法及光熱治療有望為癌症治療提供更多選擇,而團隊研發的仿生納米片有利結合兩種方法去進行聯合治療,研究團隊並以治療結腸癌腫瘤作試驗,發現成效較單一之治療法更顯著、對人體副作用也更少。
理大透露研究團隊採用超薄二維納米材料鐵磷硒作為新型納米診療一體化材料,它上面有抗PD-1(即抗免疫檢查點)多肽藥劑,而PD-L1則存在於腫瘤細胞上;癌細胞會透過其表面的 PD-L1與 T 細胞上的 PD-1結合,抑制免疫系統活化能力,使 T 細胞不攻擊癌細胞;團隊於納米片上加入抗PD-1多肽是要阻止PD-1和PD-L1結合,透過強化機體免疫系統的癌症治療藥物,達致免疫治療。
理大表示研究團隊以癌細胞包裹納米片,形成具腫瘤細胞膜特性的仿生納米材料,它可偽裝成與癌細胞類近,聚集在腫瘤位置;當這些仿生納米材料注入生物體內,被腫瘤細胞膜包著之仿生納米材料就會黏附在真正腫瘤細胞上,然後腫瘤細胞膜會慢慢剝落,剩下裏面納米片便開始進行免疫療法。
盧煒森指機體免疫系統對外物產生排斥,載有抗PD-1藥劑的納米材料無法到達腫瘤,而腫瘤細胞膜具有腫瘤靶向特性,藉物以類聚原理,當由腫瘤細胞膜包裹的納米材料在血液運行時遇到同類腫瘤細胞便會被吸引,直接到達腫瘤部位發揮抗腫瘤作用;加上二維材料表面面積寬大,有利提高免疫藥「抗PD-1多肽』載藥率,從而提高治療效益、減低用藥劑量與減少副作用。
理大表示所選納米材料可在近紅外雷射照射下產生大量熱,將腫瘤細胞殺死,達致光熱療法效果,當中所產生的熱可進一步促進免疫治療,提高免疫療效,實現協同治療,有效抑制腫瘤生長。
理大透露仿生納米材料還能達到診療功用,利用鐵磷硒在磁、光、熱等特性,這材料具3種不同成像功能,分別為核磁共振成像、光聲成像和光熱成像,可追蹤和定位腫瘤和納米材料,以達到多方位腫瘤精準診斷。
理大指科研團隊在一批有皮下結腸癌的小鼠上進行實驗,結果顯示小鼠腫瘤體積在25天協同治療後明顯縮小,小鼠存活率比其他對照組高3倍,小鼠心肝脾肺腎等主要器官沒有明顯損傷,證明療法安全性表現理想。
研究團隊亦利用仿生納米片的MRI和光聲成像功能進行24小時觀察,發現納米診療材料能有效靶向聚集在小鼠皮下結腸癌腫瘤位置;透過光熱成像見到納米材料在受近紅外雷射光照下,幾分鐘後就可產生局部熱,這種多模態成像功能證實理大仿生納米片可以精準檢測評估腫瘤發展情況,配合協同治療效果,實現診療一體化。
盧煒森表示研究團隊未來會進一步探討在其他癌症治療上應用納米材料之可行性,並研究在生物體內的代謝情況,期望有更多癌症病人可受惠新診療方法。
應用生物及化學科技學系盧煒森及谷艷娟介紹用於腫瘤治療及成像的新型仿生納米材料。
圖為理大研發的仿生納米片藥液作靜脈注射及鐵磷硒粉末。